WO2022102103A1 - 光ノード - Google Patents

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WO2022102103A1
WO2022102103A1 PCT/JP2020/042521 JP2020042521W WO2022102103A1 WO 2022102103 A1 WO2022102103 A1 WO 2022102103A1 JP 2020042521 W JP2020042521 W JP 2020042521W WO 2022102103 A1 WO2022102103 A1 WO 2022102103A1
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WO
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optical
input
switch
unit
node
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PCT/JP2020/042521
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English (en)
French (fr)
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友裕 川野
邦弘 戸毛
千里 深井
和典 片山
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water

Definitions

  • the present disclosure mainly relates to an optical node that switches a remote optical line in an optical fiber network, and its power supply and control.
  • an optical fiber network especially an access network connecting a telecommunications carrier and an optical terminal
  • a ray of light such as connecting an optical fiber core wire to an arbitrary route or changing the route in order to efficiently use the equipment in its opening and maintenance.
  • Road switching is performed at a constant frequency. Normally, such work is performed by going to the site and physically changing the connection, whereas a technique for performing this by using an optical switch from a remote location has been proposed.
  • Non-Patent Document 1 proposes a system in which a MEMS optical switch is applied to the above-mentioned optical line switching and the operating power of the optical switch is covered by optical power supply via an optical fiber, and an arbitrary installation without a power source is proposed. It is possible to supply power to the place.
  • Non-Patent Document 2 constant light is transmitted from a monitoring device composed of a laser light source and an optical receiver to a wireless sensor node installed at an arbitrary location distant via an optical fiber to perform photoelectric conversion.
  • a system has been proposed in which a wireless receiving circuit provided in the wireless sensor node and a system for transmitting uplink data to the monitoring device by obtaining driving power of a modulator that converts a wireless signal into an uplink signal have been proposed, and a large number of sensors over a wide range. Is possible to accommodate.
  • Non-Patent Document 1 discloses a system capable of driving a remotely installed electrostatic mirror-driven MEMS optical switch by optical power supply.
  • Non-Patent Document 1 does not disclose a remote control method necessary for selecting and changing an arbitrary port or route of the MEMS optical switch. That is, the optical power supply type optical switch of Non-Patent Document 1 has a problem that it is difficult to remotely control it.
  • Non-Patent Document 2 discloses an optical power supply system that converts a part of downlink stationary light into uplink signal light and transmits it to a monitoring device.
  • this optical power supply system unlike an optical switch, an instruction to select an arbitrary port and switch an optical path is not given from a monitoring device. That is, Non-Patent Document 2 also does not describe a remote control method for an optical power supply type optical device.
  • an object of the present invention is to provide an optical power supply type optical node that can be remotely controlled in order to solve the above problems.
  • the optical node according to the present invention is to be able to put a control signal on the laser beam for optical power supply and to be able to receive the control signal at all times.
  • the optical node is An input / output unit that inputs downlink light including a modulation period and a non-modulation period and outputs uplink light including information.
  • An input gate switch that transmits the downlink light input to the input / output unit for an arbitrary period and supplies the downlink light to the optical power supply unit.
  • An optical receiver that constantly receives the downlink light input to the input / output unit, and Of the downlink light input to the input / output unit, the reflected light switch that reflects and non-reflects the downlink light during the non-modulation period based on the information to generate the uplink light. To prepare for.
  • the monitoring control device has a modulation period and a non-modulation period for the laser light for optical power supply.
  • a control signal is transmitted to the optical node during the modulation period.
  • the optical node charges the battery with the laser beam, but includes an input gate switch to prevent overcharging.
  • the on / off period of this input gate switch and the modulated / unmodulated period are not synchronized. Therefore, when the input gate switch is off and the laser beam modulation period overlaps, the optical node cannot receive the control signal from the monitoring control device. Therefore, the optical node according to the present invention includes an optical receiver capable of constantly receiving the laser beam for optical power supply. Therefore, the optical node according to the present invention can receive the control signal from the monitoring control device even when the input gate switch is off and the laser beam modulation period overlaps.
  • the optical node according to the present invention also includes a reflected light switch that reflects / does not reflect the laser light. Therefore, the optical node can modulate the laser beam in the unmodulated period with the reflected light switch and notify the monitoring control device of its own state. Therefore, this optical node can be remotely controlled from the monitoring control device.
  • the present invention can provide an optical power supply type optical node that can be remotely controlled.
  • the optical node according to the present invention is further provided with an optical path switching unit that operates with the electric power stored in the optical power feeding unit and arbitrarily switches a plurality of optical paths, and is characterized in that the state of the optical path is used as the information.
  • the optical path switching unit sets an optical path so as to output a plurality of optical ports to which a plurality of communication optical fibers are connected and an optical signal input to the optical port to an arbitrary optical port. It is characterized by having an optical path changeover switch for switching, and an optical port monitoring unit that monitors the optical signal passing through the optical port and monitors the state of the optical path.
  • This optical node functions as an optical line switch.
  • the state of the optical path includes confirmation of the optical port to be switched to the optical path, confirmation after switching of the optical path (confirmation of whether the switching is completed correctly), and confirmation of disconnection of the optical path. ..
  • the optical path changeover switch of the optical node according to the present invention is characterized by being an optical switch having a self-holding function. It does not require power during standby and can maintain the switching state even when power is lost.
  • the optical port monitoring unit of the optical node according to the present invention is characterized by having an optical receiver that optically branches and receives a part of the optical signal passing through the optical port and monitors the optical signal. do.
  • This optical node can grasp its own state by monitoring the optical signal.
  • the optical node is A power control function unit that monitors the amount of electricity stored in the power supply unit, A downlink frame analysis function unit that analyzes the modulated signal included in the downlink light during the modulation period, and A switching operation control function unit that gives an instruction to switch the input gate switch based on the amount of stored electricity and an instruction to switch the optical path switching unit based on the analysis result of the modulation signal.
  • An optical port monitoring function unit that uses the state of the optical path as the information
  • An uplink signal generation function unit that drives the reflected light switch based on the information, It is preferable to further include a microprocessor having the above.
  • the input gate switch of the optical node according to the present invention outputs the downlink light input to the input / output unit to the outside during a period other than the arbitrary period.
  • the downlink light output to the outside can be used by other optical nodes, and a plurality of optical nodes can be connected in series.
  • the present invention can provide an optical power supply type optical node that can be remotely controlled. Further, according to the present invention, in a system composed of a monitoring control device installed in a power supply environment and a remotely arranged single or a plurality of optical line switching nodes, a single laser is used for optical power supply and is included in the node. It is possible to realize the control function of a plurality of optical switches at the same time, and to provide an economical optical line switching node system.
  • optical node remote control system including the optical node which concerns on this invention. It is a figure explaining the optical node which concerns on this invention. It is a figure explaining the outline of communication and power management between an optical node and a monitoring control device which concerns on this invention. It is a flowchart explaining the operation of the microprocessor of the optical node which concerns on this invention. It is a figure explaining the outline of communication and power management between an optical node and a monitoring control device which concerns on this invention. It is a flowchart explaining the operation of the microprocessor of the optical node which concerns on this invention. It is a figure explaining the downlink light received by the optical node which concerns on this invention.
  • FIG. 1 is a block configuration diagram illustrating an optical node remote control system 301 including an optical node of the present embodiment.
  • an optical line switching node S1-7 for switching an optical signal between a plurality of optical fibers as an optical node will be described.
  • the monitoring control device S1-1 is installed in an environment where power can be provided, and includes a light source S1-2, an optical circulator S1-3, an optical receiver S1-4, and a controller S1-5.
  • the laser light emitted from the light source S1-2 is input to the transmission line optical fiber S1-6 via the optical circulator S1-3.
  • the wavelength of the laser beam can be exemplified from 1480 nm to 1490 nm.
  • the power of the laser beam output from the light source S1-2 is about +10 to 17 dBm.
  • the optical line switching node S1-7 is installed at an arbitrary place, for example, a place without a power supply, and is connected to the monitoring control device S1-1 via the transmission line optical fiber S1-6. As described above, this embodiment has a configuration in which a single optical line switching node S1-7 is provided for one monitoring control device S1-1 via the transmission line optical fiber S1-6.
  • a plurality of transmission line optical fibers different from the transmission line optical fiber S1-6 (in order to distinguish from the transmission line optical fiber S1-6, the communication optical fibers S1-8 and S1- 9) is connected to the input / output.
  • the downlink light S1-10 propagated from the monitoring control device S1-1 to each optical line switching node supplies the drive power energy of the optical switch included in each optical line switching node S1-7. It is also characterized in that a control signal for switching an arbitrary port is also superimposed.
  • the upstream light S1-11 from each optical line switching node S1-7 to the monitoring control device S1-1 is used to communicate the state of the optical line switching node S1-7 to the monitoring control device S1-1.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing an internal configuration of the optical line switching node S1-7.
  • the optical line switching node S1-7 is An input / output unit S2-0 to which a downlink S1-10 including a modulation period and a non-modulation period is input and outputs an uplink S1-11 including information, and An input gate switch S2-2 that transmits the downlink light S1-10 input to the input / output unit S2-0 for an arbitrary period and supplies the downlink light S1-10 to the optical power supply unit S2-22.
  • An optical receiver S2-7 that constantly receives the downlink light S1-10 input to the input / output unit S2-0, and Of the downlink S1-10 input to the input / output unit S2-0, the downlink S1-10 in the non-modulation period is reflected and non-reflected based on the information to generate the uplink S1-11. Reflected light switch S2-8 and To prepare for.
  • the optical line switching node S1-7 operates with the electric power stored in the optical feeding unit S2-22, and the optical path switching arbitrarily switches a plurality of optical paths.
  • a section S2-30 is further provided, and the state of the optical path is used as the information.
  • the optical path switching unit S2-30 is A plurality of optical ports (S1-80, S1-90) to which a plurality of communication optical fibers (S1-8, S1-9) are connected, respectively, and Operates with the electric power stored in the optical power supply unit S2-22, and outputs the optical signal input to the optical ports (S1-80, S1-90) to any optical port (S1-80, S1-90).
  • Optical path changeover switch (cross-connect unit S2-16) that switches the optical path to An optical port monitoring unit S2-20 that monitors the optical signal passing through the optical port (S1-80, S1-90) and monitors the state of the optical path. Further prepare.
  • the optical line switching node S1-7 transfers the downlink light S1-10 from the transmission line optical fiber S1-6 to the optical branch portion S2-1, the input gate switch S2-2, the photoelectric conversion element S2-3, and the secondary battery S2. It is characterized in that the drive power S2-5 of all the active elements included in the optical line switching node S1-7 is supplied via -4.
  • the photoelectric conversion element S2-3 and the secondary battery S2-4 are "optical power supply units S2-22", and the input gate switch S2-2, the reflection switch S2-8, the cross connect unit S2-16, and the cross connect unit S2-16, which will be described later, are used.
  • the microprocessor S2-13 is included in the active element.
  • the optical branch portion S2-1 is a branch ratio coupler, for example, a branch ratio of 90:10 or 99: 1, and induces more of the optical power of the downlink S1-10 to the input gate switch S2-2.
  • the input gate switch S2-2 plays the role of a gate switch that can select whether or not to transmit the downlink light S1-10 to the photoelectric conversion element S2-3, and prevents the secondary battery S2-4 from being overcharged. Used to do. Since the input gate switch S2-2 operates frequently, it is desirable that the input gate switch S2-2 operates at a low voltage and with a very small power consumption of several nW or less. For example, as the input gate switch S2-2, it is possible to use an electrostatically driven MEMS optical switch that has a small drive power and is generally available.
  • the photoelectric conversion element S2-3, one capable of receiving the wavelength of the laser light emitted from the light source S1-2 is used.
  • the photoelectric conversion element S2-3 is an optical power supply converter (https://www.kyosemi.co.jp/resources/ja/products/sensor/nir_photonode/kpc8_t/kpc8_t_spec.pdf).
  • the power of the laser beam transmitted by the transmission path optical fiber S1-6 is, for example, about 2 mW, it can be used as an optical power supply. The power varies depending on the device used for optical power supply.
  • the secondary battery S2-4 is used to store the electric power energy converted by the photoelectric conversion element S2-3, and for example, an electric double layer capacitor or the like is used.
  • the supply voltage can be adjusted appropriately with a DC / DC converter or the like.
  • the other side of the optical branching unit S2-1 is guided to another optical branching unit S2-6 and input to the optical receiver S2-7 and the reflected light switch S2-8.
  • the optical receiver S2-7 is always arranged to receive the downlink S1-10 regardless of the path state of the input gate switch S2-2, and receives the control signal from the monitoring control device S1-1.
  • the reflected light switch S2-8 is an optical switch that can control ON / OFF of whether or not a part of the downlink light S1-10 is totally reflected.
  • the reflected light switch S2-8 modulates the uplink communication light toward the monitoring control device S1-1 by using the downlink light S1-10. It is desirable that the reflected light switch S2-8 operates at a low voltage and with a very small power consumption of several nW or less.
  • an electrostatically driven type MEMS optical switch that has a small driving power and is generally available can be used as the reflected light switch S2-8, an electrostatically driven type MEMS optical switch that has a small driving power and is generally available can be used.
  • the optical line switching node S1-7 operates with the electric power stored in the optical feeding unit S2-22, and further includes an optical path switching unit S2-30 that arbitrarily switches a plurality of optical paths.
  • the optical path switching unit S2-30 is input to a plurality of optical ports (S1-80, S1-90) to which a plurality of communication optical fibers (S1-8, S1-9) are connected, and to the optical port.
  • An optical path changeover switch optical cross-connect unit S2-16) that switches the optical path so as to output the optical signal to the arbitrary optical port, and the optical signal passing through the optical port are monitored to obtain the optical path of the optical path. It has an optical port monitoring unit (S2-20) that monitors the state.
  • the optical cross-connect unit S2-16 includes a plurality of optical switches S2-14.
  • the optical cross-connect unit S2-16 arranges a plurality of optical switches S2-14 (a) having one input and N output on the optical port S1-80 side, and has a plurality of N inputs and one output on the optical port S1-90 side.
  • the optical switches S2-14 (b) of the above are arranged, and cross-wiring is performed between them by the optical waveguide wiring S2-15.
  • the optical cross-connect unit S2-16 is an N ⁇ N port optical cross-connect.
  • the wiring of the optical waveguide wiring S2-15 is free depending on the application.
  • the wiring can be folded back or the like. Wiring is also possible.
  • the number of input / output ports of the optical cross-connect unit S2-16 does not have to be symmetrical, and an asymmetrical configuration such as M ⁇ N can be implemented.
  • the optical cross-connect unit S2-16 is characterized by being composed of a plurality of optical switches S2-14 as in the present embodiment.
  • the standby power consumption of the optical cross-connect unit S2-16 greatly affects the power management of the entire system. Therefore, it is preferable that the optical switch S2-14 is composed of a self-holding optical switch having a feature that the switching state is maintained even when the power is lost without requiring power during standby.
  • optical cross-connect unit S2-16 has a configuration in which a plurality of optical switches S2-14 are arranged on both sides of the optical ports (S1-80 and S1-90) is as follows.
  • a self-holding optical switch having a plurality of output ports has a phenomenon that light is output to an unintended port during the switching operation, which may lead to a communication accident.
  • Providing a plurality of optical switches on both the input side and the output side requires switching of at least two optical switches in order to switch one optical path. Even if one optical switch outputs light to an unintended port, the other optical switch can block the light, so that communication accidents caused by unintended light output can be prevented.
  • the optical line switching unit S2-30 has an optical port monitoring unit S2-20 that monitors the connection information of the optical cross-connect S2-16.
  • the optical port monitoring unit S2-20 is arranged on the optical port S1-80 side and the optical port S1-90 side of the optical cross-connect unit S2-16, and is a communication optical or communication optical fiber input from the communication optical fiber S1-8.
  • the ports of the plurality of optical switches S2-14 in the optical cross-connect unit S2-16 are monitored.
  • the optical port monitoring unit S2-20 to optically branch the communication light or the test light, for example, there is a 99: 1 optical coupler that is generally available.
  • the optical receiver that reads the optically branched light includes, for example, a photodiode that is generally available.
  • the optical port monitoring unit S2-20 confirms the optical port to be switched before switching the optical cross-connect unit S2-16, and checks whether the optical port is correctly switched after switching the optical cross-connect unit S2-16. It can be confirmed and these can be regarded as the "state of the optical path". Further, by monitoring the optical loss with the optical port monitoring unit S2-20 of the plurality of optical line switching nodes S1-7, the optical transmission line composed of the communication optical fibers (S1-8 and S1-9) may be disconnected. When the anomaly occurs, it is possible to identify which node the anomaly occurred between. In this way, the location where the abnormality detected by the optical port monitoring unit S2-20 of the plurality of optical line switching nodes S1-7 occurs can also be regarded as the "optical path state".
  • the optical line switching node S1-7 includes a microprocessor S2-13 for control.
  • the microprocessor S2-13 is The power control function unit S2-12 that monitors the amount of electricity stored in the power supply unit S2-22, and The downlink frame analysis function unit S2-9 that analyzes the modulated signal included in the downlink light during the modulation period, and A switching operation control function unit S2-11 that gives an instruction to switch the input gate switch S2-2 based on the amount of stored electricity and an instruction to switch the optical path switching unit S2-30 based on the analysis result of the modulation signal.
  • the optical port monitoring function unit S2-21 using the "state of the optical path" as the information
  • the uplink signal generation function unit S2-10 that drives the reflected light switch S2-8 based on the above information, and Have.
  • the downlink frame analysis function unit S2-9 is a function of analyzing the downlink frame included in the downlink light S1-10 from the monitoring control device S1-1 received by the optical receiver S2-7.
  • the light source S1-2 of the monitoring control device S1-1 applies intensity modulation to the output laser beam based on the signal from the controller S1-5, and an computerized downlink frame such as a TTL (Time to live) or CMOS signal.
  • the frame includes a request for node information, an execution instruction regarding switching (input gate switches S2-2 and S2-14), and the like.
  • Upstream signal generation function unit S2-10 The uplink signal generation function unit S2-10 cooperates with the downlink frame analysis function unit S2-9, uses the "state of the optical path" as the above information, and modulates the reflected light switch S2-8 to generate the uplink signal light S1-11. Generate.
  • Switching operation control function unit S2-11 cooperates with the downlink frame analysis function S2-9 to provide an arbitrary optical switch S2- provided in the input gate switch S2-2 or the optical cross-connect unit S2-16 to be switched. Specify 14 and instruct switching to any port.
  • any bus communication for example, I2C or the like
  • the microprocessor S2-13 as a master is used for the drive circuit attached to each optical switch.
  • An example is a circuit that sends an instruction to a drive circuit having an address and controls the switching operation of an arbitrary optical switch S2-14.
  • Power monitoring function unit S2-12 monitors the amount of stored energy of the secondary battery S2-4.
  • the power monitoring function S2-12 always grasps the amount of stored energy in the secondary battery S2-4 via a voltage monitor or the like, and based on a set threshold value, the monitoring control device S1 via the signal generation function unit S2-10. Notify -1.
  • optical port monitoring function unit S2-21 monitors the optical port information of the optical port monitoring unit S2-20.
  • the optical port monitoring function unit S2-21 grasps the optical port information via the voltage monitor of the optical receiver provided in the optical port monitoring unit S2-20. Then, the monitoring control device S1-1 is notified via the signal generation function S2-10.
  • the microprocessor S2-13 manages the stored energy amount by the optical line switching node S1-7 itself by linking the above five functions with each other, and performs uplink communication with the monitoring control device S1-1. It is possible to perform downlink communication for receiving an execution instruction from the monitoring control device S1-1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an outline of communication and power management between the monitoring control device and the optical line switching node during standby. It is assumed that the input gate switch S2-2 for the gate of the optical line switching node S1-7 is open at time T0. At this time, the secondary battery S2-4 is in a state of being charged by the downlink light S1-10 from the monitoring control device S1-1. It is assumed that at time T1, the monitoring control device S1-1 notifies the node of the request (ASK1) for notifying the state. When the stored energy amount of the secondary battery S2-4 reaches a certain threshold value, the optical line switching node S1-7 notifies the monitoring control device S1-1 to that effect (REPORT1).
  • ASK1 node of the request
  • the optical line switching node S1-7 notifies the monitoring control device S1-1 to that effect (REPORT1).
  • the monitoring control device S1-1 notifies the optical line switching node S1-7 of an execution instruction (GATE1) for closing the gate.
  • the optical line switching node S1-7 closes the input gate switch S2-2 via the downlink frame analysis function S2-9 and the switching operation control function S2-11, and notifies the monitoring control device S1-1 of the execution result. (GATE ACK2).
  • the optical line switching node S1-7 can receive a request (ASK) for notifying the status at any time regardless of the status of the input gate switch S2-2, and monitors the status. Report notification is possible to the control device S1-1. For example, at time T3, the monitoring control device S1-1 notifies the node of a request (ASK3) to notify the state, and if the stored energy amount of the secondary battery S2-4 is less than the threshold value, the optical line is switched. The node S1-7 notifies the monitoring control device S1-1 of the report (REPORT3) to that effect. At time T4, the monitoring control device S1-1 notifies the optical line switching node S1-7 of an execution instruction (GATE3) for opening the gate.
  • ASK request
  • GATE3 execution instruction
  • the optical line switching node S1-7 sets the input gate switch S2-2 in the open state, and notifies the monitoring control device S1-1 of the execution result (GATE ACK4). As described above, the monitoring control device S1-1 can always control the charge of the optical line switching node S1-7 by exchanging such communication (ASK, REPORT, GATE).
  • the monitoring control device S1-1 notifies the execution instruction (GATE3) to open the input gate switch S2-2, and the optical line switching node S1-7 starts charging again.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation (charge control) of the microprocessor S2-13.
  • the downlink frame analysis function unit S2-9 grasps the request (ASK) from the monitoring control device S1-1 (step S01).
  • the power monitoring function unit S2-12 reports "storage amount” or "storage amount ⁇ threshold value” as storage information (step S02).
  • the uplink signal generation function S2-10 notifies the monitoring control device S1-1 of the storage information (step S03; REPORT).
  • the monitoring control device S1-1 compares the stored amount with a predetermined threshold value (step S04). If the amount of electricity stored is equal to or greater than the threshold value (“Yes” in step S04), the monitoring control device S1-1 confirms whether the input gate switch S2-2 is open or closed (step S05).
  • Step S05 If the input gate switch S2-2 is closed (“No” in step S05), the process is repeated from step S01. If the input gate switch S2-2 is open (“Yes” in step S05), the monitoring control device S1-1 sends a “GATE close” signal, and the downlink frame analysis function unit S2-9 grasps it. (Step S06). The switching operation control function unit S2-11 closes the input gate switch S2-2, and the uplink signal generation function unit S2-10 monitors the execution result (the input gate switch S2-2 is closed) and monitors the control device S1-1. (Step S07; GATE ACK).
  • the monitoring control device S1-1 confirms whether the input gate switch S2-2 is open or closed (step S08). If the input gate switch S2-2 is open (“Yes” in step S08), the process is repeated from step S01. On the other hand, if the input gate switch S2-2 is closed (“No” in step S08), the monitoring control device S1-1 sends a “GATE open” signal, and the downlink frame analysis function unit S2-9 sends it. Grasp (step S09).
  • the switching operation control function unit S2-11 opens the input gate switch S2-2, and the uplink signal generation function unit S2-10 monitors the execution result (the input gate switch S2-2 is opened) and monitors the control device S1-1. (Step S10; GATE ACK).
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an outline of communication and power management between the monitoring control device and the optical line switching node when there is a request for switching the optical path.
  • the explanation is the same as in FIG. 3 until the time T3. It is assumed that the switching request Q1 of the designated port is generated for the optical line switching node S1-7 at the time T5 before the time T3, and the monitoring control device S1-1 accepts it.
  • the monitoring control device S1-1 gives an execution instruction to open the input gate switch S2-2 again to the optical line switching node S1-7 in response to the switching request Q1 as the interrupt work of the exchange shown in FIG. (GATE5) will be sent. This is to obtain electric power for driving each optical switch S2-14 of the optical cross-connect S2-16.
  • the optical line switching node S1-7 sets the input gate switch S2-2 in the open state, and notifies the monitoring control device S1-1 of the execution result (GATE ACK5). After confirming GATE ACK5 (time T7), the monitoring control device S1-1 notifies the optical line switching node S1-7 of the designated port switching execution instruction (SWITCH6) together with the port number. After the optical line switching node S1-7 switches the optical switch S2-14 of the optical cross-connect S2-16, the optical line switching node S1-7 notifies the monitoring control device S1-1 to that effect (SWITCH ACK6).
  • the monitoring control device S1-1 can switch the optical port by repeating the inquiry (ASK) and the report (REPORT) of the stored energy amount. It is also possible to wait for the notification of the execution instruction (SWITCH) until the amount of stored energy becomes large. Alternatively, it is also possible to set a threshold value of the stored energy amount so as to leave the amount of energy that can be switched in advance as the remaining amount.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating the operation (switching control) of the microprocessor S2-13.
  • the switching operation control function unit S2-11 opens the input gate switch S2-2, and the uplink signal generation function unit S2-10 notifies the monitoring control device S1-1 of the execution result (step S11; GATE ACK).
  • the downlink frame analysis function unit S2-9 grasps the designated port switching (SWITCH) signal from the monitoring control device S1-1 (step S12).
  • the switching operation control function unit S2-11 drives the optical switch S2-14 to perform switching to the designated port (step S13).
  • the uplink signal generation function unit S2-10 notifies the execution result (the switching of the optical path is completed) (step S14; SWITCH ACK).
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the downlink light S1-10.
  • the downlink S1-10 includes a SWITCH frame for instructing switching execution of the designated port, and the period is partially modulated.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a modulation state.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating the average feeding power.
  • the downlink light is constantly supplied to the optical line switching node S1-7 in a “1” state (non-modulation period).
  • the modulation period the laser beam is intensity-modulated at a frequency of, for example, 1 kHz or less for frame transmission.
  • ASK and GATE frames the same applies except that there is no input / output port ID.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing an outline of communication and power management between the monitoring control device and the optical line switching optical line switching node when there is an optical port monitoring request.
  • the explanation is the same as in FIG. 3 until the time T3. It is assumed that the optical port monitoring request Q2 of the designated port is generated for the optical line switching node S1-7 at the time T8 before the time T3, and the monitoring control device S1-1 accepts it.
  • the monitoring control device S1-1 gives an execution instruction to open the input gate switch S2-2 again to the optical line switching node S1-7 in response to the monitoring request Q2 as the interrupt work of the exchange shown in FIG. (GATE8) will be sent. This is to obtain electric power for driving the optical port monitoring unit S2-20 and the optical port monitoring function unit S2-21.
  • the optical line switching node S1-7 sets the input gate switch S2-2 in the open state, and notifies the monitoring control device S1-1 of the execution result (GATE ACK8). After confirming GATE ACK8 (time T10), the monitoring control device S1-1 notifies the optical line switching node S1-7 of the optical port information inquiry (ASKPORT9). The optical line switching node S1-7 reads the optical port information and notifies the monitoring control device S1-1 of the result (PORT REPORT 9).
  • the monitoring control device S1-1 receives the report while inquiring about the stored energy amount (ASK). It is also possible to wait for the notification of the execution instruction (ASKPORT) until the amount of energy that can be read and executed by reading the optical port information is reached. Alternatively, it is also possible to set a threshold value for the amount of stored energy so that the amount of energy that can be read and executed for optical port information is left as the remaining amount.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating the operation (port monitoring control) of the microprocessor S2-13.
  • the switching operation control function unit S2-11 opens the input gate switch S2-2, and the uplink signal generation function unit S2-10 notifies the monitoring control device S1-1 of the execution result (step S21; GATE ACK).
  • the downlink frame analysis function unit S2-9 grasps the optical port information inquiry (ASKPORT) signal from the monitoring control device S1-1 (step S22).
  • the optical port monitoring function unit S2-21 uses the optical port monitoring unit S2-20 to read the optical port information (step S23).
  • the uplink signal generation function unit S2-10 notifies the execution result (optical port reading result) (step S24; PORT REPORT).
  • FIG. 10 is a block configuration diagram illustrating an optical node remote control system 302 including an optical node of the present embodiment. Also in this embodiment, an optical line switching node (S7-7, S7-8) for switching an optical signal between a plurality of optical fibers as an optical node will be described. Further, in the present embodiment, a part different from the optical node remote control system 301 of the first embodiment will be described.
  • the monitoring control device S7-1 is installed in an environment where power can be provided, and is composed of a light source S7-2, an optical circulator S7-3, an optical receiver S7-4, and a controller S7-5.
  • the laser light emitted from the light source S7-2 is input to the transmission line optical fiber S7-60 via the optical circulator S7-3.
  • the optical line switching node S7-7 is installed at an arbitrary place, for example, a place without a power supply, and is connected to the monitoring control device S7-1 via the transmission line optical fiber S7-60. Further, the optical line switching node S7-8 is installed at an arbitrary place, for example, a place without a power supply, and is connected to the optical line switching node S7-7 via a transmission line optical fiber S7-61. Further, the optical line switching node S7-8 is connected to another optical line switching node S7-7 via the transmission line optical fiber S7-62. As described above, the optical node remote control system 302 is configured to have a plurality of optical line switching nodes for one monitoring and control device via the transmission line optical fiber.
  • the transmission line optical fiber S7-60 and a plurality of different transmission line optical fibers (in order to distinguish from the transmission line optical fiber S7-60, the communication optical fibers S7-9, S7- 10) is connected to the input / output.
  • a communication optical fiber (S7-11, S7-12) is connected to the optical line switching node S7-8.
  • these communication optical fibers do not have to be the same optical fiber on the same route, and are arbitrary at each optical line switching node. May be.
  • the downlink light S7-13 propagated from the monitoring control device S7-1 to each optical line switching node drives the optical switch included in each optical line switching node S7-7 and S7-8. It is characterized by supplying electric power energy and superimposing a control signal for switching an arbitrary port.
  • the upstream light S7-14 from each optical line switching node S7-7 and S7-8 to the monitoring control device S7-1 transfers the state of each optical line switching node S7-7 and S7-8 to the monitoring control device S7-1. Used to communicate.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing an internal configuration of an optical line switching node (S6-7, S6-8).
  • the optical line switching nodes (S6-7, S6-8) have the input / output unit S2- during the period in which the input gate switch S7-2 excludes the arbitrary period with respect to the optical line switching node S1-7 in FIG. It is characterized in that the downlink light S7-13 input to 0 is output to the outside. That is, the optical switch S7-2 transmits the downlink light S7-13 to the photoelectric conversion element S2-3 (cross state), or the optical line switching node S7- on the downstream side (the side far from the monitoring control device S7-1). It is a gate switch that can select whether to transmit to 8 (bar state). Other than this, it is the same as the optical node remote control system 301 of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an outline of communication and power management between the monitoring control device and each optical line switching node during standby.
  • the input gate of the optical line switching node S7-7 on the upstream side (the side close to the monitoring control device S7-1).
  • the switch S7-2 is in the cross state, the downlink light to the optical line switching node S7-8 located on the downstream side of the node (the side far from the monitoring control device S7-1), and from the optical line switching node S7-8.
  • the upstream signal light to the monitoring control device S7-1 is blocked by the optical line switching node S7-7. Therefore, the communication between the monitoring control device S7-1 and each node belonging to the monitoring control device S7-1 has a feature different from that of the first embodiment, and has the following conditions.
  • Condition 2 Uplink communication is performed only for the optical line switching node in which the input gate switch of the all optical line switching node is in the bar state or the input gate switch is in the cross state.
  • Condition 3 Downstream communication is performed only for one optical line switching node in which the input gate switch of the all optical line switching node is in the bar state or the input gate switch is in the crossed state.
  • Condition 1 is a request from the power supply efficiency, and the power supply efficiency of the target optical line switching node can be maximized by setting each input gate switch to one power supply destination.
  • Condition 2 is a condition for avoiding collision of uplink communication from a plurality of optical line switching nodes in the time domain and non-delivery of uplink communication due to the gate state of the optical line switching node on the upstream side.
  • Condition 3 is also a condition for avoiding non-delivery of downlink communication due to the gate state of the optical line switching node on the upstream side.
  • FIG. 12 will be specifically described as an example.
  • the optical line switching node S7-8 downstream from the monitoring control device S7-1 is in the crossed state, and the optical line switching node S7-8 is being charged. It shall be.
  • the optical line switching node S7-8 notifies the monitoring control device S7-1 of a report to that effect (REPORT1).
  • the report always contains information such as the amount of electricity stored.
  • the monitoring control device S7-1 notifies the optical line switching node S7-8 of an execution instruction (GATE1) for switching the input gate switch S7-2 to the bar state.
  • GATE1 execution instruction
  • the optical line switching node S7-8 switches the input gate switch S7-2 to the bar state, and notifies the monitoring control device S7-1 of the execution result (GATE ACK2).
  • the monitoring control device S7-1 schedules the next optical line switching node to be fed in advance based on the report from each optical line switching node received in this way.
  • the monitoring control device S7-1 notifies the scheduled optical line switching node S7-7 of an execution instruction (GATE3) for switching the input gate switch S7-2 to the cross state.
  • the optical line switching node S7-7 notifies the monitoring control device S7-1 of the switching result of the input gate switch S7-2 (GATE ACK3).
  • the optical line switching node S7-7 When the stored energy amount of the optical line switching node S7-7 reaches a certain threshold value at time T4, the optical line switching node S7-7 notifies the monitoring control device S7-1 of a report to that effect (REPORT4). At time T5, the monitoring control device S7-1 notifies the optical line switching node S7-7 of an execution instruction (GATE 4) for switching the input gate switch S7-2 to the bar state. The optical line switching node S7-7 switches the input gate switch S7-2 to the bar state, and notifies the monitoring control device S7-1 of the execution result (GATE ACK5).
  • GATE 4 execution instruction
  • the optical node remote control system 302 repeats such control. Although it depends on the optical power supply efficiency and the standby power consumption of each node, for example, even if there are a plurality of optical line switching nodes of 3 or more, the control method is the same except that the time interval until recharging changes. As can be seen from FIG. 12, frames are exchanged based on conditions 1 to 3.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing an outline of communication and power management between the monitoring control device and each optical line switching node when there is a request for switching the optical path. It is the same as the explanation of FIG. 12 until the time T6. It is assumed that the switching request Q1 of the designated port is generated for the optical line switching node S7-8 at the time T9 before the time T3, and the monitoring control device S7-1 accepts it. The monitoring control device S7-1 reschedules the switching request Q1 as an interrupting operation for the exchange shown in FIG. After the time T6, when the input gate switch S7-2 of the optical line switching node S7-8 is in the crossed state, the monitoring control device S7-1 can switch the stored energy amount of the optical line switching node S7-8.
  • the monitoring control device S7-1 notifies the designated port switching execution instruction (SWITCH8) together with the port ID.
  • SWITCH8 the designated port switching execution instruction
  • the optical line switching node S7-8 notifies the monitoring control device S7-1 to that effect (SWITCH ACK8).
  • the monitoring control device S7-1 inquires about the amount of stored energy (ASK) and reports (REPORT). ) Is repeated, and the notification of the execution instruction (SWITCH) is waited until the amount of stored energy that can switch the optical port is reached.
  • ASK amount of stored energy
  • REPORT reports
  • SWITCH notification of the execution instruction
  • the second embodiment it is possible to provide an optical line switching node system having a plurality of optical line switching nodes for a single monitoring control device.
  • the transmission path light required for optical feeding is obtained.
  • the number of fibers can be one, and the installability of optical nodes in the network is improved.
  • the photoelectric conversion element S2-3 since the downlink power is not dispersed, the photoelectric conversion element S2-3 has an advantage that the required starting voltage of an active element such as a microprocessor can be easily obtained and remote control can be easily performed.
  • the optical path switching node that switches the optical path as the optical node is used.
  • the optical node of the present invention is not limited to the optical path switching node.
  • the present invention has an optical power supply function and can be applied to a remotely controlled device.
  • the downstream laser beam supplied from the monitoring control device to the optical node not only uses the optical power as the driving power but also uses the optical power as the driving power. It can be used as a control signal for an optical node by being temporarily intensity-modulated in the time region.
  • the control of the optical node it can be used for power management of the optical node and optical switch control included in the optical node. Therefore, the present invention can simultaneously realize the functions of optical power supply and optical switch control with a single laser, and can provide an economical optical line switching node system.
  • a plurality of types of optical switches are included in the optical line switching node, and each of them is used as an input gate switch, for uplink signal generation, and for switching control of a plurality of communication optical fibers.
  • the control of both optical switches is similarly performed from the microprocessor.
  • the optical switches for the former two purposes are non-self-holding optical switches with excellent low power consumption because they frequently perform switching control, and the optical switches for the latter use are for transmission lines that provide communication services. Since it is a part of the optical switch, it is preferable that it is a self-holding type optical switch that maintains its state even when the power supply is lost due to a failure or the like. With such a configuration, it is possible to reduce the standby power of the optical line switching node during standby, that is, when there is no transmission line switching request.
  • the present invention is, for example, in the first embodiment, an extension to a system in which an optical switch is introduced on the monitoring control device side (downstream side of the optical circulator) to monitor and control a remote optical node cyclically, or the second embodiment.
  • an optical switch is introduced on the monitoring control device side (downstream side of the optical circulator) to monitor and control a remote optical node cyclically, or the second embodiment.
  • it is easy to expand the system to increase the number of optical transistor switching nodes.
  • S1-1, S7-1 Monitoring and control device S1-2, S7-2: Light source S1-3, S7-3: Optical circulator S1-4, S7-4: Optical receiver S1-5, S7-5: Controller

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Abstract

本発明は、遠隔制御可能な光給電型の光ノードを提供することを目的とする。　本発明に係る光ノードＳ１－７は、変調期間と無変調期間が含まれる下り光Ｓ１－１０が入力され、情報を含む上り光Ｓ１－１１を出力する入出力部Ｓ２－０と、入出力部Ｓ２－０に入力された下り光Ｓ１－１０の任意の期間だけ透過させ、光給電部Ｓ２－２２に下り光Ｓ１－１０を供給する入力ゲートスイッチＳ２－２と、入出力部Ｓ２－０に入力された下り光Ｓ１－１０を常時受光する光受信器Ｓ２－７と、入出力部Ｓ２－０に入力された下り光Ｓ１－１０のうち、前記無変調期間の下り光Ｓ１－１０に対し、前記情報に基づいて反射と非反射を行い、上り光Ｓ１－１１を生成する反射光スイッチＳ２－８と、を備える。

Description

光ノード
　本開示は、主に光ファイバネットワークにおける遠隔光線路切替を行う光ノードとその給電および制御に関する。
　光ファイバネットワーク、特に通信事業者と光端末を結ぶアクセスネットワークでは、その開通や保守において効率的に設備を使用するために光ファイバ心線を任意のルートに接続したり、ルートを変更するといった光線路切替が一定の頻度で行われている。通常このような作業は現地に赴いて物理的に接続替えを行うのに対し、遠隔から光スイッチを用いてこれを行う技術が提案されている。
　例えば、非特許文献１では、前述の光線路切替にＭＥＭＳ光スイッチを適用し、光ファイバを介した光給電により前記光スイッチの動作電力を賄うシステムが提案されており、電源のない任意の設置場所に対して給電を可能としている。
　また、前述の光給電システムのみに着目すれば、以下のような技術が提案されている。
　非特許文献２では、レーザ光源と光受信器から構成される監視装置から、光ファイバを介して離れた任意の場所に設置された無線センサノードに対して定常光を伝送し光電変換を行い、前記無線センサノードに備えられた無線受信回路や無線信号を上り光信号に変換する変調器の駆動電力を得て前記監視装置へ上りデータを通信するシステムが提案されており、広範にわたる多数のセンサの収容を可能としている。
Ｒ．Ｈｅｌｋｅｙ ｅｔ．ａｌ．，"Ｒｅｍｏｒｔｌｙ　ｐｏｗｅｒｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｗｉｔｃｈ　ｆｏｒ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ　ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ＯＴＤＲ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ＰＯＮ"，３３ｒｄ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（２００７） 田中洋介 他，"光ファイバ給電による広域センサネットワーク"，信学技報, ｖｏｌ．１１０，ｎｏ．１８３，ＩＣＤ２０１０－５２，ｐｐ．７１－７６，（２０１０）
　非特許文献１は、遠隔に設置された静電ミラー駆動型ＭＥＭＳ光スイッチを光給電により駆動できるシステムについて開示する。しかし、非特許文献１は、前記ＭＥＭＳ光スイッチの任意のポートや経路を選択および変更するために必要な遠隔制御方法について開示していない。つまり、非特許文献１の光給電型の光スイッチには、遠隔制御することが困難という課題がある。
　また、光スイッチを遠隔駆動するための光給電システムに関しては、非特許文献２が、下り定常光の一部を上り信号光に変換し、監視装置へ伝送する光給電システムを開示している。しかし、この光給電システムは、光スイッチのように任意のポートを選択して光経路を切り替える指示が監視装置から行われることは無い。つまり、非特許文献２にも、光給電型の光デバイスの遠隔制御方法が記載されていない。
　このように、これらの文献に記載された技術では、光給電型の光スイッチ等の光デバイスを遠隔制御することが困難という課題がある。そこで、本発明は、上記課題を解決するために、遠隔制御可能な光給電型の光ノードを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る光ノードは、光給電用のレーザ光に制御信号を載せること、及び制御信号を常時受信できることとした。
　具体的には、本発明に係る光ノードは、
　変調期間と無変調期間が含まれる下り光が入力され、情報を含む上り光を出力する入出力部と、
　前記入出力部に入力された前記下り光の任意の期間だけ透過させ、光給電部に前記下り光を供給する入力ゲートスイッチと、
　前記入出力部に入力された前記下り光を常時受光する光受信器と、
　前記入出力部に入力された前記下り光のうち、前記無変調期間の前記下り光に対し、前記情報に基づいて反射と非反射を行い、前記上り光を生成する反射光スイッチと、
を備える。
　監視制御装置は、光給電用のレーザ光に対して変調する期間と無変調の期間を設けている。変調する期間で光ノードに対する制御信号を送信する。光ノードは、当該レーザ光で電池を充電するが、過充電を防止するための入力ゲートスイッチを備える。この入力ゲートスイッチのオン／オフ期間と、変調／無変調の期間とは同期していない。このため、入力ゲートスイッチがオフの期間とレーザ光の変調期間とが重複した場合、光ノードは監視制御装置から制御信号を受信できなくなる。そこで、本発明に係る光ノードは、光給電用のレーザ光を常時受光できる光受信器を備える。このため、本発明に係る光ノードは、入力ゲートスイッチがオフの期間とレーザ光の変調期間とが重複した場合であっても、監視制御装置から制御信号を受信できる。
　さらに、本発明に係る光ノードは、レーザ光に対して反射／非反射を行う反射光スイッチも備える。このため、光ノードは、反射光スイッチで無変調期間のレーザ光を変調し、自身の状態を監視制御装置に通知することができる。このため、本光ノードは、監視制御装置からの遠隔制御が可能となる。
　従って、本発明は、遠隔制御可能な光給電型の光ノードを提供することができる。
　本発明に係る光ノードは、前記光給電部に蓄積された電力で動作し、複数の光経路を任意に切り替える光経路切替部をさらに備え、前記光経路の状態を前記情報とすることを特徴とする。この場合、前記光経路切替部は、複数の通信用光ファイバがそれぞれ接続される複数の光ポートと、前記光ポートに入力された光信号を任意の前記光ポートへ出力するように光経路を切り替える光経路切替スイッチと、前記光ポートを通過する前記光信号を監視し、前記光経路の状態を監視する光ポート監視部と、を有することを特徴とする。
　本光ノードは、光線路切替器として機能する。なお、前記光経路の状態とは、光経路の切替対象の光ポートの確認、光経路の切替後の確認（正しく切り替えが完了しているかの確認）、及び光経路の断線の確認が含まれる。
　本発明に係る光ノードの前記光経路切替スイッチは、自己保持機能を有する光スイッチであることを特徴とする。
　待機時に電力を必要とせず電力消失時にも切替状態が保持することができる。
　本発明に係る光ノードの前記光ポート監視部は、前記光ポートを通過する前記光信号の一部を光分岐して光受信し、前記光信号を監視する光受信器を有することを特徴とする。
　本光ノードは、光信号を監視することで自身の状態を把握することができる。
　例えば、本発明に係る光ノードは、
　前記給電部における蓄電量を監視する電力制御機能部と、
　前記変調期間の前記下り光に含まれる変調信号を解析する下りフレーム解析機能部と、
　前記蓄電量に基づいて前記入力ゲートスイッチの切替指示を行い、前記変調信号の解析結果に基づいて前記光経路切替部の切替指示を行う切替動作制御機能部と、
　前記光経路の状態を前記情報とする光ポート監視機能部と、
　前記情報に基づいて前記反射光スイッチを駆動する上り信号生成機能部と、
を有するマイクロプロセッサをさらに備えることを特徴とするが好ましい。
　また、本発明に係る光ノードの前記入力ゲートスイッチは、前記任意の期間を除く期間に、前記入出力部に入力された前記下り光を外部に出力することが好ましい。
　外部に出力された下り光を他の光ノードが利用でき、複数の光ノードを直列に接続することができる。
　なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
　本発明は、遠隔制御可能な光給電型の光ノードを提供することができる。
　また、本発明によれば、電源環境に設置された監視制御装置と、遠隔に配置された単数あるいは複数の光線路切替ノードから構成されるシステムにおいて、単数のレーザで光給電およびノードに内包される複数の光スイッチの制御の機能を同時に実現でき、経済的な光線路切替ノードシステムを提供することができる。
本発明に係る光ノードを備える光ノード遠隔操作システムを説明する図である。 本発明に係る光ノードを説明する図である。 本発明に係る光ノードと監視制御装置との間の通信および電力管理の概要を説明する図である。 本発明に係る光ノードのマイクロプロセッサの動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る光ノードと監視制御装置との間の通信および電力管理の概要を説明する図である。 本発明に係る光ノードのマイクロプロセッサの動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る光ノードが受信する下り光を説明する図である。 本発明に係る光ノードと監視制御装置との間の通信および電力管理の概要を説明する図である。 本発明に係る光ノードのマイクロプロセッサの動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る光ノードを備える光ノード遠隔操作システムを説明する図である。 本発明に係る光ノードを説明する図である。 本発明に係る光ノードと監視制御装置との間の通信および電力管理の概要を説明する図である。 本発明に係る光ノードと監視制御装置との間の通信および電力管理の概要を説明する図である。
　添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
　図１は、本実施形態の光ノードを含む光ノード遠隔操作システム３０１を説明するブロック構成図である。本実施形態では、光ノードとして光信号を複数の光ファイバ間で切り替える光線路切替ノードＳ１－７を説明する。
　監視制御装置Ｓ１－１は、電源を提供可能な環境に設置され、光源Ｓ１－２、光サーキュレータＳ１－３、光受信器Ｓ１－４、及びコントローラＳ１－５を備える。光源Ｓ１－２から発光したレーザ光は、光サーキュレータＳ１－３を介して伝送路光ファイバＳ１－６に入力される。例えば、レーザ光の波長は１４８０ｎｍから１４９０ｎｍが例示できる。また、光源Ｓ１－２から出力されるレーザ光のパワーは＋１０～１７ｄＢｍ程度である。
　光線路切替ノードＳ１－７は、任意の場所、例えば電源の無い場所などに設置され、伝送路光ファイバＳ１－６を介して監視制御装置Ｓ１－１と接続されている。このように、本実施例は、１つの監視制御装置Ｓ１－１に対して伝送路光ファイバＳ１－６を介して単数の光線路切替ノードＳ１－７を有する構成である。
　光線路切替ノードＳ１－７には、伝送路光ファイバＳ１－６と別の複数の伝送路光ファイバ（伝送路光ファイバＳ１－６と区別するため、以降通信用光ファイバＳ１－８、Ｓ１－９と呼ぶ）が入出力に接続されている。
　詳細は後述するが、監視制御装置Ｓ１－１から各光線路切替ノードに対して伝搬される下り光Ｓ１－１０は、各光線路切替ノードＳ１－７が内包する光スイッチの駆動電力エネルギーを供給し、かつ任意のポートを切り替える制御信号も重畳されることを特徴とする。各光線路切替ノードＳ１－７から監視制御装置Ｓ１－１への上り光Ｓ１－１１は、光線路切替ノードＳ１－７の状態を監視制御装置Ｓ１－１に通信するために用いられる。
　図２は、光線路切替ノードＳ１－７の内部構成を示す構成図である。光線路切替ノードＳ１－７は、
　変調期間と無変調期間が含まれる下り光Ｓ１－１０が入力され、情報を含む上り光Ｓ１－１１を出力する入出力部Ｓ２－０と、
　入出力部Ｓ２－０に入力された下り光Ｓ１－１０の任意の期間だけ透過させ、光給電部Ｓ２－２２に下り光Ｓ１－１０を供給する入力ゲートスイッチＳ２－２と、
　入出力部Ｓ２－０に入力された下り光Ｓ１－１０を常時受光する光受信器Ｓ２－７と、
　入出力部Ｓ２－０に入力された下り光Ｓ１－１０のうち、前記無変調期間の下り光Ｓ１－１０に対し、前記情報に基づいて反射と非反射を行い、上り光Ｓ１－１１を生成する反射光スイッチＳ２－８と、
を備える。
　また、光ノードが光線路切替の機能を持つために、光線路切替ノードＳ１－７は、光給電部Ｓ２－２２に蓄積された電力で動作し、複数の光経路を任意に切り替える光経路切替部Ｓ２－３０をさらに備え、前記光経路の状態を前記情報とすることを特徴とする。
　光経路切替部Ｓ２－３０は、
　複数の通信用光ファイバ（Ｓ１－８、Ｓ１－９）がそれぞれ接続される複数の光ポート（Ｓ１－８０、Ｓ１－９０）と、
　光給電部Ｓ２－２２に蓄積された電力で動作し、光ポート（Ｓ１－８０、Ｓ１－９０）に入力された光信号を任意の光ポート（Ｓ１－８０、Ｓ１－９０）へ出力するように光経路を切り替える光経路切替スイッチ（クロスコネクト部Ｓ２－１６）と、
　光ポート（Ｓ１－８０、Ｓ１－９０）を通過する前記光信号を監視し、前記光経路の状態を監視する光ポート監視部Ｓ２－２０と、
をさらに備える。
　光線路切替ノードＳ１－７は、伝送路光ファイバＳ１－６からの下り光Ｓ１－１０を光分岐部Ｓ２－１、入力ゲートスイッチＳ２－２、光電変換素子Ｓ２－３、及び二次電池Ｓ２－４を介し、光線路切替ノードＳ１－７が内包する全てのアクティブ素子の駆動電力Ｓ２－５を供給することを特徴とする。なお、光電変換素子Ｓ２－３及び二次電池Ｓ２－４が“光給電部Ｓ２－２２”であり、後述する入力ゲートスイッチＳ２－２、反射スイッチＳ２－８、クロスコネクト部Ｓ２－１６、及びマイクロプロセッサＳ２－１３は前記アクティブ素子に含まれる。
　光分岐部Ｓ２－１は、分岐比カプラであり、例えば９０：１０あるいは９９：１の分岐比であり、下り光Ｓ１－１０の光パワーのより多くを入力ゲートスイッチＳ２－２に誘導する。入力ゲートスイッチＳ２－２は、下り光Ｓ１－１０を光電変換素子Ｓ２－３へ透過させる／透過させないを選択できるゲートスイッチの役割を担うものであり、二次電池Ｓ２－４の過充電を防止するために用いられる。入力ゲートスイッチＳ２－２は、頻繁に動作するため、低電圧かつ、数ｎＷ以下の非常に小さな消費電力で動作するものが望ましい。例えば、入力ゲートスイッチＳ２－２として、駆動電力が少なく、一般にも入手可能な、静電駆動型のＭＥＭＳ光スイッチを用いることが可能である。
　光電変換素子Ｓ２－３は、光源Ｓ１－２から発光したレーザ光の波長を受光可能なものが用いられる。光電変換素子Ｓ２－３として、容易に入手できる、通信用の長波長１３００ｎｍ～１６００ｎｍ帯に適した素子、例えばインジウムガリウムヒ素で構成され、開放電圧５Ｖ以下、変換効率約３０％程度のものを利用できる。例えば、光電変換素子Ｓ２－３は、光給電コンバータ（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｋｙｏｓｅｍｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ／ｊａ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｓｅｎｓｏｒ／ｎｉｒ＿ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ／ｋｐｃ８＿ｔ／ｋｐｃ８＿ｔ＿ｓｐｅｃ．ｐｄｆ）である。また、伝送路光ファイバＳ１－６で伝送されたレーザ光のパワーが、例えば、２ｍＷ程度であれば、光給電として利用することができる。なお、当該パワーは光給電として利用するデバイスによって変化する。
　二次電池Ｓ２－４は、光電変換素子Ｓ２－３で変換された電力エネルギーを蓄電するために用いられ、例えば電気二重層キャパシタ等が用いられる。なお、各アクティブ素子への電圧供給においては、適宜ＤＣ／ＤＣコンバータ等で供給電圧を調整できるものとする。
　光分岐部Ｓ２－１のもう一方は、別の光分岐部Ｓ２－６に誘導され、光受信器Ｓ２－７と反射光スイッチＳ２－８に入力される。光受信器Ｓ２－７は、入力ゲートスイッチＳ２－２の経路状態に関わらず、常に下り光Ｓ１－１０を受信するために配置され、監視制御装置Ｓ１－１からの制御信号を受け付ける。
　反射光スイッチＳ２－８は、下り光Ｓ１－１０の一部を全反射させる／させないのＯＮ／ＯＦＦを制御できる光スイッチである。反射光スイッチＳ２－８は、下り光Ｓ１－１０を利用して監視制御装置Ｓ１－１に向けた上り通信光の変調を行う。反射光スイッチＳ２－８は、低電圧かつ、数ｎＷ以下の非常に小さな消費電力で動作するものが望ましい。例えば、反射光スイッチＳ２－８として、駆動電力が少なく、一般にも入手可能な、静電駆動型のＭＥＭＳ光スイッチを用いることができる。
　また、光線路切替ノードＳ１－７は、光給電部Ｓ２－２２に蓄積された電力で動作し、複数の光経路を任意に切り替える光経路切替部Ｓ２－３０をさらに備える。光経路切替部Ｓ２－３０は、複数の通信用光ファイバ（Ｓ１－８、Ｓ１－９）がそれぞれ接続される複数の光ポート（Ｓ１－８０、Ｓ１－９０）と、前記光ポートに入力された光信号を任意の前記光ポートへ出力するように光経路を切り替える光経路切替スイッチ（光クロスコネクト部Ｓ２－１６）と、前記光ポートを通過する前記光信号を監視し、前記光経路の状態を監視する光ポート監視部（Ｓ２－２０）と、を有する。
　図２の例では、光クロスコネクト部Ｓ２－１６は、複数の光スイッチＳ２－１４を具備する。光クロスコネクト部Ｓ２－１６は、光ポートＳ１－８０側に１入力Ｎ出力を有する複数の光スイッチＳ２－１４（ａ）を配列し、光ポートＳ１－９０側にＮ入力１出力を有する複数の光スイッチＳ２－１４（ｂ）を配列し、その間を光導波路配線Ｓ２－１５でクロス配線する。光クロスコネクト部Ｓ２－１６は、Ｎ×Ｎポートの光クロスコネクトである。なお、光導波路配線Ｓ２－１５の配線は、適用アプリケーションにより自由であり、例えばＮポートの任意の一部ポートを折り返して同じ側の他の光スイッチＳ２－１４に接続することで折り返し配線等の配線も可能である。また光クロスコネクト部Ｓ２－１６の入出力ポート数は対称である必要はなく、例えばＭ×Ｎといった非対称な構成でも実施可能である。このように、光クロスコネクト部Ｓ２－１６は、本実施例のように複数の光スイッチＳ２－１４で構成されていることを特徴とする。
　ただし、光クロスコネクト部Ｓ２－１６の待機時消費電力は、システム全体の電力マネジメントに大きく影響する。このため、光スイッチＳ２－１４は、待機時に電力を必要とせず電力消失時にも切替状態が保持される特徴を持つ自己保持型光スイッチで構成されることが好ましい。
　なお、光クロスコネクト部Ｓ２－１６が、光ポート（Ｓ１－８０、Ｓ１－９０）双方の側にそれぞれ複数の光スイッチＳ２－１４を配列する構成である理由は次の通りである。通常、複数の出力ポートを有する自己保持型光スイッチは、切替動作の途中において意図しないポートに光が出力されてしまう現象があるため、通信事故につながる可能性がある。入力側と出力側の双方に複数の光スイッチを設けることは、一つの光経路を切り替えるのに少なくとも２つの光スイッチの切替が必要になる。一方の光スイッチが意図しないポートに光を出力しても、他方の光スイッチでその光を遮断できるため、意図しない光の出力で発生する通信事故を防止できる。
　また、光線路切替部Ｓ２－３０は、光クロスコネクトＳ２－１６の接続情報を監視する光ポート監視部Ｓ２－２０を有する。光ポート監視部Ｓ２－２０は、光クロスコネクト部Ｓ２－１６の光ポートＳ１－８０側と光ポートＳ１－９０側に配置され、通信光ファイバＳ１－８から入力される通信光や通信光ファイバＳ１－９から出力された通信光または試験光を光分岐して受信することで、光クロスコネクト部Ｓ２－１６内の複数の光スイッチＳ２－１４のポートを監視する。光ポート監視部Ｓ２－２０が前記通信光または試験光を光分岐する手段としては、例えば、一般にも入手可能な９９：１光カプラなどがある。また、光分岐された光を読み取る光受信器は、例えば、一般にも入手可能なフォトダイオードなどがある。
　光ポート監視部Ｓ２－２０は、光クロスコネクト部Ｓ２－１６を切り替える前に、切替対象の光ポートを確認したり、光クロスコネクト部Ｓ２－１６を切り替えた後に、正しく光ポートが切り替わったかを確認し、これらを「光経路の状態」とすることができる。また、複数の光線路切替ノードＳ１－７の光ポート監視部Ｓ２－２０で光損失をモニタすることで、通信光ファイバ（Ｓ１－８およびＳ１－９）で構成された光伝送路の断線などの異常が発生した場合、どのノード間で異常が発生したかを特定することができる。このように、複数の光線路切替ノードＳ１－７の光ポート監視部Ｓ２－２０で検出した異常が発生した場所も「光経路の状態」とすることができる。
　光線路切替ノードＳ１－７は、制御用にマイクロプロセッサＳ２－１３を備える。マイクロプロセッサＳ２－１３は、
　給電部Ｓ２－２２における蓄電量を監視する電力制御機能部Ｓ２－１２と、
　前記変調期間の前記下り光に含まれる変調信号を解析する下りフレーム解析機能部Ｓ２－９と、
　前記蓄電量に基づいて入力ゲートスイッチＳ２－２の切替指示を行い、前記変調信号の解析結果に基づいて光経路切替部Ｓ２－３０の切替指示を行う切替動作制御機能部Ｓ２－１１と、
　前記「光経路の状態」を前記情報とする光ポート監視機能部Ｓ２－２１と、
　前記情報に基づいて反射光スイッチＳ２－８を駆動する上り信号生成機能部Ｓ２－１０と、
を有する。
　これらの５つの機能ブロック（１）～（５）について説明する。
（１）下りフレーム解析機能部Ｓ２－９
　下りフレーム解析機能部Ｓ２－９は、前記光受信器Ｓ２－７で受信した前記監視制御装置Ｓ１－１からの下り光Ｓ１－１０に含まれる下りフレームを解析する機能である。監視制御装置Ｓ１－１の光源Ｓ１－２は、コントローラＳ１－５からの信号に基づき、出力レーザ光に強度変調を加え、例えばＴＴＬ（Ｔｉｍｅ ｔｏ ｌｉｖｅ）やＣＭＯＳ信号のような情報化した下りフレームとする。前記フレームには、ノード情報の要求やスイッチ（入力ゲートスイッチＳ２－２およびＳ２－１４）切替に関する実行指示等が含まれる。
（２）上り信号生成機能部Ｓ２－１０
　上り信号生成機能部Ｓ２－１０は、下りフレーム解析機能部Ｓ２－９と連携し、「光経路の状態」を前記情報とし、反射光スイッチＳ２－８を変調させて上り信号光Ｓ１－１１を生成する。
（３）切替動作制御機能部Ｓ２－１１
　切替動作制御機能部Ｓ２－１１は、下りフレーム解析機能Ｓ２－９と連携して、切替対象となる入力ゲートスイッチＳ２－２あるいは光クロスコネクト部Ｓ２－１６に具備される任意の光スイッチＳ２－１４を指定し、任意のポートに対して切替を指令する。切替動作制御機能部Ｓ２－１１の具体的な回路構成としては、各光スイッチ個々に付属する駆動回路に対して、マイクロプロセッサＳ２－１３をマスタとするバス通信（例えばＩ２Ｃ等）にて任意のアドレスを有する駆動回路に対して指示を送付し、任意の光スイッチＳ２－１４の切替動作の制御を行う回路が例示できる。
（４）電力監視機能部Ｓ２－１２
　電力監視機能部Ｓ２－１２は、二次電池Ｓ２－４の蓄電エネルギー量を監視する。電力監視機能Ｓ２－１２は、常に二次電池Ｓ２－４における蓄電エネルギー量を電圧モニタ等を介して把握し、設定された閾値に基づいて信号生成機能部Ｓ２－１０を介して監視制御装置Ｓ１－１に通知を行う。
（５）光ポート監視機能部Ｓ２－２１
　光ポート監視機能部Ｓ２－２１は、光ポート監視部Ｓ２－２０の光ポート情報を監視する。光ポート監視機能部Ｓ２－２１は、監視制御装置Ｓ１－１から問合せがあった場合に、光ポート情報を光ポート監視部Ｓ２－２０に具備された光受信器の電圧モニタ等を介して把握し、信号生成機能Ｓ２－１０を介して監視制御装置Ｓ１－１に通知を行う。
　以上のように、マイクロプロセッサＳ２－１３は、上記５つの機能を互いに連携させることで、光線路切替ノードＳ１－７自身が蓄電エネルギー量を管理すること、監視制御装置Ｓ１－１と上り通信を行うこと、及び監視制御装置Ｓ１－１からの実行指示を受け付ける下り通信を行うことを実現できる。
　図３は、待機時における監視制御装置と光線路切替ノードとの間の通信および電力管理の概要を示す模式図である。
　時刻Ｔ０で、光線路切替ノードＳ１－７のゲート用の入力ゲートスイッチＳ２－２がオープンであるとする。このとき、二次電池Ｓ２－４は監視制御装置Ｓ１－１からの下り光Ｓ１－１０で充電されている状態にある。
　時刻Ｔ１で、監視制御装置Ｓ１－１は、ノードに対してその状態を通知させる要求（ＡＳＫ１）を通知したとする。二次電池Ｓ２－４の蓄電エネルギー量がある一定の閾値に到達していると、光線路切替ノードＳ１－７は監視制御装置Ｓ１－１にその旨をレポート（ＲＥＰＯＲＴ１）を通知する。
　時刻Ｔ２で、監視制御装置Ｓ１－１は光線路切替ノードＳ１－７に対して、ゲートをクローズさせる実行指示（ＧＡＴＥ１）を通知する。光線路切替ノードＳ１－７は、下りフレーム解析機能Ｓ２－９及び切替動作制御機能Ｓ２－１１を介して、入力ゲートスイッチＳ２－２をクローズ状態とし、実行結果を監視制御装置Ｓ１－１に通知（ＧＡＴＥ ＡＣＫ２）する。
　光線路切替ノードＳ１－７は、光受信器Ｓ２－７が配置されているために、入力ゲートスイッチＳ２－２の状態に関わらず、いつでもその状態を通知させる要求（ＡＳＫ）を受信でき、監視制御装置Ｓ１－１に対してレポート通知が可能になっている。例えば、時刻Ｔ３で、監視制御装置Ｓ１－１は、ノードに対してその状態を通知させる要求（ＡＳＫ３）を通知し、二次電池Ｓ２－４の蓄電エネルギー量が閾値未満ならば、光線路切替ノードＳ１－７は監視制御装置Ｓ１－１にその旨をレポート（ＲＥＰＯＲＴ３）を通知する。時刻Ｔ４で、監視制御装置Ｓ１－１は光線路切替ノードＳ１－７に対して、ゲートをオープンさせる実行指示（ＧＡＴＥ３）を通知する。光線路切替ノードＳ１－７は、入力ゲートスイッチＳ２－２をオープン状態とし、実行結果を監視制御装置Ｓ１－１に通知（ＧＡＴＥ ＡＣＫ４）する。
　このように、監視制御装置Ｓ１－１はこのような通信（ＡＳＫ、ＲＥＰＯＲＴ、ＧＡＴＥ）のやりとりによって常に光線路切替ノードＳ１－７の充電制御ができるようになっている。
　時刻Ｔ３の要求（ＡＳＫ３）で、二次電池Ｓ２－４の蓄電エネルギー量がある閾値を下回っていたとする（ＲＥＰＯＲＴ３）。監視制御装置Ｓ１－１は入力ゲートスイッチＳ２－２をオープンにする実行指示を通知（ＧＡＴＥ３）し、光線路切替ノードＳ１－７は再び充電を開始する。
　図４は、マイクロプロセッサＳ２－１３の動作（充電制御）を説明するフローチャートである。
　下りフレーム解析機能部Ｓ２－９は監視制御装置Ｓ１－１からの要求（ＡＳＫ）を把握する（ステップＳ０１）。電力監視機能部Ｓ２－１２が「蓄電量」あるいは「蓄電量≧閾値」を蓄電情報として報告する（ステップＳ０２）。上り信号生成機能Ｓ２－１０が蓄電情報を監視制御装置Ｓ１－１へ通知する（ステップＳ０３；ＲＥＰＯＲＴ）。監視制御装置Ｓ１－１は蓄電量と所定の閾値とを比較する（ステップＳ０４）。蓄電量が閾値以上であれば（ステップＳ０４にて“Ｙｅｓ”）、監視制御装置Ｓ１－１は入力ゲートスイッチＳ２－２がオープンであるかクローズであるかを確認する（ステップＳ０５）。入力ゲートスイッチＳ２－２がクローズであれば（ステップＳ０５にて“Ｎｏ”）、ステップＳ０１から繰り返す。入力ゲートスイッチＳ２－２がオープンであれば（ステップＳ０５にて“Ｙｅｓ”）、監視制御装置Ｓ１－１は“ＧＡＴＥ　ｃｌｏｓｅ”信号を送付し、下りフレーム解析機能部Ｓ２－９はそれを把握する（ステップＳ０６）。切替動作制御機能部Ｓ２－１１は入力ゲートスイッチＳ２－２をクローズとし、上り信号生成機能部Ｓ２－１０は実行結果（入力ゲートスイッチＳ２－２をクローズとしたこと）を監視制御装置Ｓ１－１へ通知する（ステップＳ０７；ＧＡＴＥ　ＡＣＫ）。
　また、蓄電量が閾値以上であれば（ステップＳ０４にて“Ｎｏ”）、監視制御装置Ｓ１－１は入力ゲートスイッチＳ２－２がオープンであるかクローズであるかを確認する（ステップＳ０８）。入力ゲートスイッチＳ２－２がオープンであれば（ステップＳ０８にて“Ｙｅｓ”）、ステップＳ０１から繰り返す。一方、入力ゲートスイッチＳ２－２がクローズであれば（ステップＳ０８にて“Ｎｏ”）、監視制御装置Ｓ１－１は“ＧＡＴＥ　ｏｐｅｎ”信号を送付し、下りフレーム解析機能部Ｓ２－９はそれを把握する（ステップＳ０９）。切替動作制御機能部Ｓ２－１１は入力ゲートスイッチＳ２－２をオープンとし、上り信号生成機能部Ｓ２－１０は実行結果（入力ゲートスイッチＳ２－２をオープンとしたこと）を監視制御装置Ｓ１－１へ通知する（ステップＳ１０；ＧＡＴＥ　ＡＣＫ）。
　図５は、光経路の切替要求があった場合における監視制御装置と光線路切替ノードとの間の通信および電力管理の概要を示す模式図である。時刻Ｔ３に至るまでは図３の説明と同じである。
　時刻Ｔ３になる前の時刻Ｔ５で、光線路切替ノードＳ１－７に対して指定ポートの切替要求Ｑ１が発生し、監視制御装置Ｓ１－１がそれを受け付けたとする。時刻Ｔ６で、監視制御装置Ｓ１－１は、図３のやり取りの割込作業として、切替要求Ｑ１に対して、光線路切替ノードＳ１－７へ再び入力ゲートスイッチＳ２－２をオープンにする実行指示（ＧＡＴＥ５）を送付する。これは、光クロスコネクトＳ２－１６の各光スイッチＳ２－１４を駆動する電力を得るためである。光線路切替ノードＳ１－７は、入力ゲートスイッチＳ２－２をオープン状態とし、実行結果を監視制御装置Ｓ１－１に通知（ＧＡＴＥ ＡＣＫ５）する。
　監視制御装置Ｓ１－１は、ＧＡＴＥ ＡＣＫ５を確認した後（時刻Ｔ７）に、光線路切替ノードＳ１－７へ指定ポートの切替実行指示（ＳＷＩＴＣＨ６）をポート番号とともに通知する。光線路切替ノードＳ１－７は、光クロスコネクトＳ２－１６の光スイッチＳ２－１４の切替を実行した後、その旨を監視制御装置Ｓ１－１に通知（ＳＷＩＴＣＨ ＡＣＫ６）する。
　なお、二次電池Ｓ２－４の蓄電エネルギー量が切替実行可能に未達の場合、監視制御装置Ｓ１－１は、蓄電エネルギー量の問い合わせ（ＡＳＫ）とレポート（ＲＥＰＯＲＴ）を繰り返し、光ポート切替可能な蓄電エネルギー量になるまで実行指示（ＳＷＩＴＣＨ）の通知を待機することもできる。あるいは、予め切替実行可能なエネルギー量を残量として残すよう蓄電エネルギー量の閾値を設定することも可能である。
　図６は、マイクロプロセッサＳ２－１３の動作（切替制御）を説明するフローチャートである。切替動作制御機能部Ｓ２－１１は入力ゲートスイッチＳ２－２をオープンとし、上り信号生成機能部Ｓ２－１０は実行結果を監視制御装置Ｓ１－１へ通知する（ステップＳ１１；ＧＡＴＥ　ＡＣＫ）。下りフレーム解析機能部Ｓ２－９は監視制御装置Ｓ１－１からの指定ポート切替（ＳＷＩＴＣＨ）信号を把握する（ステップＳ１２）。切替動作制御機能部Ｓ２－１１は光スイッチＳ２－１４を駆動し、指定ポートへの切替を実行する（ステップＳ１３）。上り信号生成機能部Ｓ２－１０は実行結果（光経路の切り替えが完了したこと）を通知する（ステップＳ１４；ＳＷＩＴＣＨ　ＡＣＫ）。
　図７は、下り光Ｓ１－１０を説明する図である。この下り光Ｓ１－１０には、指定ポートの切替実行指示を行うＳＷＩＴＣＨフレームが含まれ、一部に期間が変調されている。図７（Ａ）は、変調状態を説明する図である。図７（Ｂ）は、平均給電パワーを説明する図である。同図に示すように、下り光は定常的に“１”の状態で光線路切替ノードＳ１－７に供給されている（無変調期間）。一方、変調期間では、フレーム伝送するために、レーザ光が、例えば１ｋＨｚ以下の周波数で強度変調されている。なお、ＡＳＫおよびＧＡＴＥフレームの場合も、入出力ポートＩＤが無いだけで他は同様である。
　図８は、光ポート監視要求があった場合における監視制御装置と光線路切替光線路切替ノードとの間の通信および電力管理の概要を示す模式図である。時刻Ｔ３に至るまでは図３の説明と同じである。
　時刻Ｔ３になる前の時刻Ｔ８で、光線路切替ノードＳ１－７に対して指定ポートの光ポート監視要求Ｑ２が発生し、監視制御装置Ｓ１－１がそれを受け付けたとする。時刻Ｔ９で、監視制御装置Ｓ１－１は、図３のやり取りの割込作業として、監視要求Ｑ２に対して、光線路切替ノードＳ１－７へ再び入力ゲートスイッチＳ２－２をオープンにする実行指示（ＧＡＴＥ８）を送付する。これは、光ポート監視部Ｓ２－２０や光ポート監視機能部Ｓ２－２１を駆動する電力を得るためである。光線路切替ノードＳ１－７は、入力ゲートスイッチＳ２－２をオープン状態とし、実行結果を監視制御装置Ｓ１－１に通知（ＧＡＴＥ ＡＣＫ８）する。
　監視制御装置Ｓ１－１は、ＧＡＴＥ ＡＣＫ８を確認した後（時刻Ｔ１０）に、光線路切替ノードＳ１－７へ光ポート情報問合せ（ＡＳＫ　ＰＯＲＴ９）を通知する。光線路切替ノードＳ１－７は、光ポート情報を読み取り、その結果を監視制御装置Ｓ１－１に通知（ＰＯＲＴ　ＲＥＰＯＲＴ９）する。
　なお、二次電池Ｓ２－４の蓄電エネルギー量が光ポート情報読み取りを実行可能なレベルに未達の場合、監視制御装置Ｓ１－１は、蓄電エネルギー量を問い合わせ（ＡＳＫ）しながらレポートを受け取り、光ポート情報読み取り実行可能なエネルギー量になるまで実行指示（ＡＳＫ　ＰＯＲＴ）の通知を待機することもできる。あるいは、予め光ポート情報読み取り実行可能なエネルギー量を残量として残すよう蓄電エネルギー量の閾値を設定することも可能である。
　図９は、マイクロプロセッサＳ２－１３の動作（ポート監視制御）を説明するフローチャートである。切替動作制御機能部Ｓ２－１１は入力ゲートスイッチＳ２－２をオープンとし、上り信号生成機能部Ｓ２－１０は実行結果を監視制御装置Ｓ１－１へ通知する（ステップＳ２１；ＧＡＴＥ　ＡＣＫ）。下りフレーム解析機能部Ｓ２－９は監視制御装置Ｓ１－１からの光ポート情報問合せ（ＡＳＫ　ＰＯＲＴ）信号を把握する（ステップＳ２２）。光ポート監視機能部Ｓ２－２１は光ポート監視部Ｓ２－２０を利用して光ポート情報の読み取りを実行する（ステップＳ２３）。上り信号生成機能部Ｓ２－１０は実行結果（光ポート読み取り結果）を通知する（ステップＳ２４；ＰＯＲＴ　ＲＥＰＯＲＴ）。
（実施形態２）
　　図１０は、本実施形態の光ノードを含む光ノード遠隔操作システム３０２を説明するブロック構成図である。本実施形態でも、光ノードとして光信号を複数の光ファイバ間で切り替える光線路切替ノード（Ｓ７－７、Ｓ７－８）を説明する。また、本実施形態では、実施形態１の光ノード遠隔操作システム３０１と異なる部分を説明する。
　監視制御装置Ｓ７－１は、電源を提供可能な環境に設置され、光源Ｓ７－２、光サーキュレータＳ７－３、光受信器Ｓ７－４、コントローラＳ７－５から構成されている。光源Ｓ７－２から発光したレーザ光は、光サーキュレータＳ７－３を介して伝送路光ファイバＳ７－６０に入力される。
　光線路切替ノードＳ７－７は、任意の場所、例えば電源の無い場所などに設置され、伝送路光ファイバＳ７－６０を介して監視制御装置Ｓ７－１と接続されている。また、光線路切替ノードＳ７－８は、任意の場所、例えば電源の無い場所などに設置され、伝送路光ファイバＳ７－６１を介して光線路切替ノードＳ７－７と接続されている。さらに、光線路切替ノードＳ７－８は、伝送路光ファイバＳ７－６２を介して他の光線路切替ノードＳ７－７と接続される。このように、光ノード遠隔操作システム３０２は、１つの監視制御装置に対して伝送路光ファイバを介して複数の光線路切替ノードを有する構成である。
　光線路切替ノードＳ７－７には、伝送路光ファイバＳ７－６０と別の複数の伝送路光ファイバ（伝送路光ファイバＳ７－６０と区別するため、以降通信用光ファイバＳ７－９、Ｓ７－１０と呼ぶ）が入出力に接続されている。光線路切替ノードＳ７－８には、同様に通信用光ファイバ（Ｓ７－１１、Ｓ７－１２）が接続されている。ここで、これら通信用光ファイバ（Ｓ７－９、Ｓ７－１０、Ｓ７－１１、Ｓ７－１２）は同一のルートにある同じ光ファイバである必要は無く、それぞれの光線路切替ノードで任意のものであってよい。
　詳細は後述するが、監視制御装置Ｓ７－１から各光線路切替ノードに対して伝搬される下り光Ｓ７－１３は、各光線路切替ノードＳ７－７およびＳ７－８が内包する光スイッチの駆動電力エネルギーを供給し、かつ任意のポートを切り替える制御信号も重畳されることを特徴とする。各光線路切替ノードＳ７－７およびＳ７－８から監視制御装置Ｓ７－１への上り光Ｓ７－１４は、各光線路切替ノードＳ７－７およびＳ７－８の状態を監視制御装置Ｓ７－１に通信するために用いられる。
　図１１は、光線路切替ノード（Ｓ６－７、Ｓ６－８）の内部構成を示す構成図である。光線路切替ノード（Ｓ６－７、Ｓ６－８）は、図２の光線路切替ノードＳ１－７に対し、入力ゲートスイッチＳ７－２が、前記任意の期間を除く期間に、入出力部Ｓ２－０に入力された下り光Ｓ７－１３を外部に出力することを特徴とする。
　つまり、光スイッチＳ７－２は、下り光Ｓ７－１３を光電変換素子Ｓ２－３へ透過させるか（クロス状態）、下流側（監視制御装置Ｓ７－１から遠い側）の光線路切替ノードＳ７－８へ透過させる（バー状態）かを選択できるゲートスイッチである。これ以外は、実施形態１の光ノード遠隔操作システム３０１と同様である。
　図１２は、待機時における監視制御装置と各光線路切替ノードとの間の通信および電力管理の概要を示す模式図である。
　図７のシステム全体構成および図８に示す光線路切替ノードの内部構成を見ても分かるように、上流側（監視制御装置Ｓ７－１に近い側）の光線路切替ノードＳ７－７の入力ゲートスイッチＳ７－２がクロス状態の時、当該ノードの下流側（監視制御装置Ｓ７－１から遠い側）に位置する光線路切替ノードＳ７－８への下り光、及び光線路切替ノードＳ７－８から監視制御装置Ｓ７－１への上り信号光は光線路切替ノードＳ７－７によって遮断されることになる。このため、監視制御装置Ｓ７－１とそれに属する各ノード間の通信には、実施形態１と異なる特徴があり、以下の条件がある。
（条件１）複数の光線路切替ノードのうち入力ゲートスイッチがクロス状態になるのは最大１つである。
（条件２）上り通信は、全光線路切替ノードの入力ゲートスイッチがバー状態であるか、もしくは入力ゲートスイッチがクロス状態の光線路切替ノードに対してのみ行われる。
（条件３）下り通信は、全光線路切替ノードの入力ゲートスイッチがバー状態であるか、もしくは入力ゲートスイッチがクロス状態にある１つの光線路切替ノードに対してのみ行われる。
　条件１は、給電効率からの要請であり、各入力ゲートスイッチを設定することで給電先を１つとすることで対象の光線路切替ノードの給電効率を最大化することができる。
　条件２は、時間領域において複数の光線路切替ノードからの上り通信の衝突や、上流側の光線路切替ノードのゲート状態による上り通信の不達を回避するための条件である。
　条件３は、同様に上流側の光線路切替ノードのゲート状態による下り通信の不達を回避するための条件である。
　図１２を例に具体的に説明する。
　時刻Ｔ０で、監視制御装置Ｓ７－１から下流側にある光線路切替ノードＳ７－８の入力ゲートスイッチＳ７－２のみクロス状態とし、光線路切替ノードＳ７－８に対して充電が行われているものとする。
　時刻Ｔ１で、光線路切替ノードＳ７－８の蓄電エネルギー量がある閾値に到達すると、光線路切替ノードＳ７－８は監視制御装置Ｓ７－１に対してその旨のレポートを通知する（ＲＥＰＯＲＴ１）。レポートには蓄電量等の情報が常に含まれる。
　時刻Ｔ２で、監視制御装置Ｓ７－１は光線路切替ノードＳ７－８に対して、入力ゲートスイッチＳ７－２をバー状態に切り替える実行指示（ＧＡＴＥ１）を通知する。光線路切替ノードＳ７－８は、入力ゲートスイッチＳ７－２をバー状態に切り替え、実行結果を監視制御装置Ｓ７－１に通知（ＧＡＴＥ ＡＣＫ２）する。
　監視制御装置Ｓ７－１は、このように受け取った各光線路切替ノードからのレポートを元に予め次の給電対象の光線路切替ノードをスケジューリングしておく。
　時刻Ｔ３で、監視制御装置Ｓ７－１は、スケジューリングされた光線路切替ノードＳ７－７に対して入力ゲートスイッチＳ７－２をクロス状態に切り替える実行指示（ＧＡＴＥ３）を通知する。光線路切替ノードＳ７－７は入力ゲートスイッチＳ７－２の切り替え結果を監視制御装置Ｓ７－１に通知する（ＧＡＴＥ　ＡＣＫ３）。
　時刻Ｔ４で、光線路切替ノードＳ７－７の蓄電エネルギー量がある閾値に到達すると、光線路切替ノードＳ７－７は監視制御装置Ｓ７－１に対してその旨のレポートを通知する（ＲＥＰＯＲＴ４）。
時刻Ｔ５で、監視制御装置Ｓ７－１は光線路切替ノードＳ７－７に対して、入力ゲートスイッチＳ７－２をバー状態に切り替える実行指示（ＧＡＴＥ４）を通知する。光線路切替ノードＳ７－７は、入力ゲートスイッチＳ７－２をバー状態に切り替え、実行結果を監視制御装置Ｓ７－１に通知（ＧＡＴＥ ＡＣＫ５）する。
　光ノード遠隔操作システム３０２は、このような制御を繰り返す。なお、光給電効率や各ノードの待機時消費電力にもよるが、例えば光線路切替ノードが３以上の複数であっても、再充電までの時間間隔が変わるだけで制御手法は同様である。図１２を見ても分かるように、条件１～３に基づいてフレームのやり取りが行われている。
　図１３は、光経路の切替要求があった場合における監視制御装置と各光線路切替ノードとの間の通信および電力管理の概要を示す模式図である。時刻Ｔ６に至るまでは図１２の説明と同じである。
　時刻Ｔ３になる前の時刻Ｔ９で、光線路切替ノードＳ７－８に対して指定ポートの切替要求Ｑ１が発生し、監視制御装置Ｓ７－１がそれを受け付けたとする。監視制御装置Ｓ７－１は、図１２のやり取りの割込作業として、切替要求Ｑ１に対する再スケジューリングを行う。
　時刻Ｔ６の後、光線路切替ノードＳ７－８の入力ゲートスイッチＳ７－２がクロス状態になった時点で、監視制御装置Ｓ７－１は光線路切替ノードＳ７－８の蓄電エネルギー量が切替実行可能になっていることを確認する（ＲＥＰＯＲＴ７）。
　時刻Ｔ８で、監視制御装置Ｓ７－１は指定ポートの切替実行指示（ＳＷＩＴＣＨ８）をポートＩＤとともに通知する。光線路切替ノードＳ７－８は、ポート切替実行後、その旨を監視制御装置Ｓ７－１に通知（ＳＷＩＴＣＨ ＡＣＫ８）する。
　なお、光線路切替ノードＳ７－８の二次電池Ｓ２－４の蓄電エネルギー量が切替実行可能に未達の場合、監視制御装置Ｓ７－１は、蓄電エネルギー量の問い合わせ（ＡＳＫ）とレポート（ＲＥＰＯＲＴ）を繰り返し、光ポート切替可能な蓄電エネルギー量になるまで実行指示（ＳＷＩＴＣＨ）の通知を待機する。
　図１３の制御でも、図１２の制御と同様に、条件１～３に基づいてフレームのやり取りが行われていることが分かる。
　また、光ポート監視要求があった場合における監視制御装置Ｓ７－１と各光線路切替ノードとの間の通信および電力管理についても、図１３と同様の光ポート監視の割り込み処理を実行する。
　実施形態２のように、単数の監視制御装置に対して複数の光線路切替ノードを有する光線路切替ノードシステムを提供することができる。実施形態２によれば、例えば非特許文献２に記載のように、光スプリッタを介して複数のノード（あるいは子機）を同時に光給電する場合と比較して、光給電に必要な伝送路光ファイバを１本とすることができ、ネットワークにおける光ノードの設置性も向上する。さらには、下り光パワーが分散しないために光電変換素子Ｓ２－３において、マイクロプロセッサ等のアクティブ素子の必要起動電圧を得やすく、遠隔制御し易いといった利点もある。
（他の実施形態）
　上述した実施形態では、光ノードとして光経路を切り替える光経路切替ノードでせつめいした。しかし、本発明の光ノードは光経路切替ノードに限定されない。本発明は光給電の機能を有し、遠隔制御されるデバイスに適用することができる。
（本発明の効果）
　本発明に係る光線路切替ノードおよびそれを用いたシステムによれば、監視制御装置から光ノードに対して供給される下りのレーザ光は、その光パワーを駆動用の電力とするだけでなく、時間領域で一時的に強度変調されることで光ノードに対する制御信号として使用できる。光ノードの制御としては、光ノードの電力管理や光ノードに内包される光スイッチ制御に用いることができる。このため、本発明は、単数のレーザで、光給電および光スイッチ制御の機能を同時に実現でき、経済的な光線路切替ノードシステムを提供することができる。
　また、本発明によれば、光線路切替ノードには複数の種類の光スイッチが内包され、それぞれが入力ゲートスイッチ、上り信号生成用、複数の通信用光ファイバの切替制御用として用いられる。いずれの光スイッチの制御もマイクロプロセッサから同様に行われる。なお、前者２つの用途の光スイッチは、頻繁に切替制御を行うため、低消費電力に優れた非自己保持型の光スイッチであり、後者の用途の光スイッチは、通信サービスを行う伝送路の一部となるため、故障等電源消失時にもその状態が保持される自己保持型の光スイッチであることが好ましい。このような構成とすることで、待機時、つまり伝送路の切替要求が無い場合において、光線路切替ノードの待機電力を小さくすることが可能である。
　本発明は、例えば実施形態１において、監視制御装置側（光サーキュレータの下流側）に光スイッチを導入し、巡回的に遠隔の光ノードを監視制御するようなシステムへの拡張や、実施形態２において、システムが備える光線路切替ノードの台数を増加させるような拡張を容易にする。
Ｓ１－１、Ｓ７－１：監視制御装置
Ｓ１－２、Ｓ７－２：光源
Ｓ１－３、Ｓ７－３：光サーキュレータ
Ｓ１－４、Ｓ７－４：光受信器
Ｓ１－５、Ｓ７－５：コントローラ

Claims (7)

  1. 　変調期間と無変調期間が含まれる下り光が入力され、情報を含む上り光を出力する入出力部と、
    　前記入出力部に入力された前記下り光の任意の期間だけ透過させ、光給電部に前記下り光を供給する入力ゲートスイッチと、
    　前記入出力部に入力された前記下り光を常時受光する光受信器と、
    　前記入出力部に入力された前記下り光のうち、前記無変調期間の前記下り光に対し、前記情報に基づいて反射と非反射を行い、前記上り光を生成する反射光スイッチと、
    を備える光ノード。
  2. 　前記光給電部に蓄積された電力で動作し、複数の光経路を任意に切り替える光経路切替部をさらに備え、
    　前記光経路の状態を前記情報とすることを特徴とする請求項１に記載の光ノード。
  3. 　前記光経路切替部は、
    　複数の通信用光ファイバがそれぞれ接続される複数の光ポートと、
    　前記光ポートに入力された光信号を任意の前記光ポートへ出力するように光経路を切り替える光経路切替スイッチと、
    　前記光ポートを通過する前記光信号を監視し、前記光経路の状態を監視する光ポート監視部と、
    を有することを特徴とする請求項２に記載の光ノード。
  4. 　前記光経路切替スイッチは、自己保持機能を有する光スイッチであることを特徴とする請求項３に記載の光ノード。
  5. 　前記光ポート監視部は、前記光ポートを通過する前記光信号の一部を光分岐して光受信し、前記光信号を監視する光受信器を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の光ノード。
  6. 　前記光給電部における蓄電量を監視する電力制御機能部と、
    　前記変調期間の前記下り光に含まれる変調信号を解析する下りフレーム解析機能部と、
    　前記蓄電量に基づいて前記入力ゲートスイッチの切替指示を行い、前記変調信号の解析結果に基づいて前記光経路切替部の切替指示を行う切替動作制御機能部と、
    　前記光経路の状態を前記情報とする光ポート監視機能部と、
    　前記情報に基づいて前記反射光スイッチを駆動する上り信号生成機能部と、
    を有するマイクロプロセッサをさらに備えることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の光ノード。
  7. 　前記入力ゲートスイッチは、前記任意の期間を除く期間に、前記入出力部に入力された前記下り光を外部に出力することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光ノード。
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